基于多目标图像清晰度评价的LAMOST光谱仪离焦诊断方法

研究表明,当温度产生一定变化时,会导致大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）光谱仪的内部器件产生热诱导变形,引起CCD靶面上的图像离焦模糊,降低了天文数据测量精度,也大大增加了16台光谱仪的日常维护难度。基于LAMOST运行前拍摄的定标灯谱数据,提出了一种基于多目标图像清晰度评价的离焦诊断方法。该方法通过对不同离焦量下的定标灯谱图像进行分析,提取了一定数量的光斑的半高全宽（FWHM）及其总体分布情况,建立多目标图像清晰度与系统离焦量之间的离焦函数模型,实现对LAMOST成像像质的离焦诊断,为后续智能化主动补偿技术的实现提供了技术支撑。介绍了LAMOST光谱仪的工作原理及结构,给出了光谱仪对调焦精度的需求;详细介绍了光斑FWHM值的测量原理与多目标图像清晰度评价函数的构建方法。与传统图像清晰度评价函数的对比结果显示,文中方法具有更高的清晰度对比率与精度,对定标灯谱图像的离焦诊断误差在10 μm以内,有效降低了人为局部诊断带来的误差,提高了16台光谱仪系统一致性,有望提高LAMOST日常运行效率与光谱仪的长期稳定性。     

恒星干涉仪延迟线系统地面随机振动响应分析

研究地面随机微振动对恒星干涉仪关键部件-光学延迟线系统性能的影响。利用美国蓝氏(Lansmont)集团生产的SAVER 3X型三轴振动仪实测地面随机振动信号,以输出的G加速度功率谱密度为激励,运用Workbench有限元分析软件计算该结构系统的随机振动响应;根据抛物镜面节点数据拟合出抛物镜面的Zernike多项式系数、抛物镜刚体平移量和抛物镜面PV和RMS值;将Zernike多项式系数导入光学系统中分析光学延迟线系统光学性能;最后利用ELCOWAT 3000电子自准直仪测量抛物镜刚体平移量,分析实际测量结果和计算理论结果偏差。分析计算结果与实验数据最大偏差7.6%,计算抛物镜面形RMS值为9.6 nm,PV值为46.1 nm,波前差为0.043λ。目前的光学延迟线的地面振动满足光学延迟线系统的稳定性要求。使用动态光学性能标准分析判断微振动对系统光学性能的影响程度,为恒星干涉仪其他子系统优化设计和隔振补偿措施提供参考。     

天文光谱仪非完整光斑导星定位算法

该文提出一种用于Tip/tilt导星跟踪校正系统的非完整光斑导星定位算法,解决常规导星定位算法无法满足天文光谱仪IMSP系统需求的问题。该算法结合图像预处理和目标星斑识别算法提取出包含目标光斑的感兴趣区域,基于峰值定位法选取非完整光斑中的一部分子图作为模板图,并利用归一化互相关法从完整光斑中找出与模板图匹配度最高的子图,根据匹配度最高的子图与模板图的相对位置以及完整光斑导星定位坐标实现非完整导星定位坐标的获取。实验结果表明：该算法的X轴方向绝对误差为0.29 px,Y轴方向绝对误差为0.02 px,平均处理时间为21.4 ms,满足IMSP系统的时效、精度和稳定性要求。     

极大望远镜光谱仪准直镜调节机构误差分析

针对极大望远镜宽视场光谱仪准直镜位姿调整机构的位姿机构调节误差问题,采用多体运动学理论分析机构运动学关系,利用矩阵微分法建立该调节机构误差模型,分析加工和装配误差对准直镜调节位姿误差的影响,并通过统计学软件SPASS对调节机构误差进行仿真研究。分析计算结果表明,根据现有设计和导轨滑台的选型及装配工艺,机构的装配和定位精度可以满足准直镜调节精度的需求。利用运动学原理对光学系统姿态调节系统误差分析方法可对镜面调节机构误差进行预判,提前获取调节机构调节精度,对光学仪器后期动态调节等工作具有指导意义。     

零级像无缝光谱仪波长定标方法研究

无缝光谱仪结构简单且可靠性高,在空间天文低分辨率光谱观测中普遍应用,但它通常无光谱定标设备并面临光谱定标难的问题。依据空间无缝光谱仪零级像和光谱像同时存在的特点,可采用基于零级像的无缝光谱实现定标。首先根据无缝光谱仪工作原理分析影响定标结果的各参数之间的关系;其次通过改进高斯拟合算法,拟合出更精确的光斑中心坐标;然后搭建无缝光谱仪仿真光路,将神经网络用于定标过程中的波长预测,并训练相关数据;最后测试并验证神经网络在波长预测中的准确性。经模拟该方法的波长预测结果误差小于1nm,定标精度好于其他传统方法,从而证明基于零级像的波长定标方法的可行性。     

基于亚像素图像拼接的透明元件视觉测量方法

针对透明光学元件特征不明显以及机器视觉难以进行大视场、高精度尺寸测量的问题，提出一种基于亚像素图像拼接的视觉测量方案。该方案对相机坐标系与世界坐标系间的旋转角进行标定，获得精确的尺度因子与图像预匹配结果；图像坐标系旋转角校正后小于0.1°；通过添加网格背景实现透明元件特征匹配。所提基于滑动窗口预匹配、随机采样一致性筛选最佳偏移向量的配准算法，使图像拼接精度达到0.05 pixel，较已有研究明显提升。将该方案应用于透明光学元件视觉检测系统中，在移动精度仅为0.02 mm的条件下，获得了平均误差为0.12 pixel的图像拼接结果，实现了透明光学元件的大视场、高精度尺寸测量。